功率模块封装体和逆变器的制作方法

1.本实用新型涉及一种功率模块封装体和一种具有紧凑结构的逆变器。


背景技术：

2.如图1所示，公开了一种具有平行的功率器件的逆变器。逆变器包括具有板形的冷却系统100，并且功率器件200(诸如sic器件)通过夹子平行地固定在冷却系统100的表面上。在功率器件的上方设置有具有电容器300的pcb。在图1和图5中，示出了三相应用，并且401、402、403分别表示v相、u相和w相。冷却剂通过入口1流入冷却系统，并且通过出口2流出冷却系统。
3.在这种传统逆变器中，功率器件被平行地设置在冷却系统上，并且每一相的功率器件被封装在单独的封装体中(在图5中以矩形虚线示出)。由于传统矩形形状的逆变器通常使用蛇形冷却管，并且由于冷却剂本身的温度在热交换过程期间升高而导致冷却管出口附近的温度高于冷却管入口附近的温度，会由于功率器件的平行布置而导致电流的不平衡。这种电流不平衡甚至可能导致较大的杂散电感。此外，这种逆变器由于其平面散热器而需要更多的安装空间。另外，由于这种逆变器通常使用蛇形冷却通道并且产生冷却剂的温度不平衡，因此一些功率器件没有被充分地冷却。


技术实现要素：

4.为了改善电流和温度平衡、减少杂散电感，公开了一种功率模块封装体，该功率模块封装体包括：环形散热器；具有分别对应于u相、v相和w相的三组第一功率器件的上臂电路，每一相的第一功率器件并联联接；以及具有分别对应于u相、v相和w相的三组第二功率器件的下臂电路，每一相的第二功率器件并联联接，其中，这些第一功率器件被周向地设置在该散热器的前表面上，这些第二功率器件被周向地设置在与该散热器的前表面相反的后表面上，一个相的第一功率器件与同一相的第二功率器件串联联接。
5.根据本实用新型的另一方面，还公开了一种逆变器。该逆变器包括上述功率模块封装体，进一步包括电容器以及电联接到该电容器、该上臂电路和该下臂电路的pcb模块。利用这种新设计，形成了对称电路并且减少了杂散电感，从而实现了功率器件的高性能(快速开关、小浪涌电压、小振荡)。
6.从以下结合附图进行的详细描述，实施例的其他方面和优点将变得显而易见，这些附图以举例的方式展示了所描述实施例的原理。
附图说明
7.通过参考以下结合附图进行的描述，可以最好地理解所描述的实施例及其优点。这些附图决不限制本领域技术人员可以在不脱离所描述的实施例的精神和范围的情况下对所描述的实施例进行的形式和细节上的任何改变。
8.图1展示了传统逆变器的透视图。
9.图2展示了根据本实用新型的一个实施例的逆变器的透视图。
10.图3展示了根据本实用新型的一个实施例的逆变器的侧视图(为了清楚地示出电容器5，仅示出四个功率器件)。
11.图4展示了根据本实用新型的一个实施例的功率模块封装体的俯视图。
12.图5展示了常规逆变器的等效电路图，其中每一相的功率器件被独立地封装。
13.图6展示了根据本实用新型的一个实施例的逆变器的等效电路图，其中三个相的上臂电路被封装在一个封装体中，并且三个相的下臂电路被封装在另一封装体中。
具体实施方式
14.现在参考附图，详细描述了本实用新型的实施例。首先参考图2至图4、图6，功率模块封装体包括环形散热器1、上臂电路21和下臂电路22。在此实施例中，散热器1具有圆环形状，应当理解，也可以利用其他环形散热器，诸如椭圆环形状的散热器。
15.散热器1具有前表面和与该前表面相反的后表面。上臂电路21(在图6中以矩形虚线示出)被设置在前表面上，并且下臂电路22(在图6中以矩形虚线示出)被设置在后表面上。这两个臂电路构成包括v相41、u相42和w相43的三相电力系统。具体地，上臂电路21包括分别对应于u相、v相和w相的三组第一功率器件31，每一相的第一功率器件31并联联接以获得大电流。同样，下臂电路22包括分别对应于u相、v相和w相的三组第二功率器件32，每一相的第二功率器件32也并联联接。在图4中，以矩形虚线示出了第二功率器件32，因为这些第二功率器件被设置在散热器1的后表面上。在上臂电路中，第一功率器件31被均匀地分布在圆周三等分区域中，并且这些圆周三等分区域分别表示三个相。同样，第二功率器件32也分布在后表面上对应的圆周三等分区域中。如图4所示，第一功率器件31被周向地设置在散热器的前表面上，并且第二功率器件32被周向地设置在后表面上。
16.不同于传统设计(参考图5，同一相的功率器件被封装为一个封装体)，上臂电路(包括属于三个相的第一功率器件)被封装为一个封装体，下臂电路被封装为一个封装体，在图6中以矩形虚线示出。进一步地，一个相的第一功率器件与同一相的第二功率器件串联联接(参考图6中的等效电路图)。因此，形成了对称的三相系统(中心角θ为120
°
)，电流被很好地平衡，并且可以减少杂散电感。
17.为了耗散在开关期间由功率器件产生的热量，散热器1在其侧壁上具有入口并且在相反的侧壁上具有出口，从而允许冷却剂进入和离开散热器1。散热器1具有与入口和出口连通的中空结构。当冷却剂流动时，热量将传递给冷却剂。在优选实施例中，在散热器内部设置了多个同心环形冷却通道。冷却剂由这些环形冷却通道而不是中空结构引导。
18.还公开了一种包括功率模块封装体的逆变器。逆变器进一步包括一个电容器5，以及电联接到电容器5、上臂电路和下臂电路的pcb模块。电容器5被设置在由环形散热器1的内壁限定的中空部分处。在此实施例中，电容器5也是环形的，以使逆变器紧凑。本领域技术人员可以使用其他形状的电容器。
19.pcb模块分别包括联接到上臂电路的上部pcb 61以及联接到下臂电路的下部pcb 62。上部pcb被设置在上臂电路的上方，并且下部pcb被设置在下臂电路的下方。在图2和图3中，为了清楚地示出第二功率器件32，下部pcb 62以分解图示出。在此实施例中，上部pcb 61和下部pcb 62两者均是环形的。应当理解，也可以使用其他形状的pcb。
20.针对优选实施例已经提出了许多替代性结构元件和处理步骤。因此，在参考具体实施例对本实用新型进行描述时，该描述是对本实用新型的说明而不应被理解为限制本实用新型。在不脱离由所附权利要求书限定的本实用新型的真实精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改和应用。


技术特征：
1.一种功率模块封装体，所述功率模块封装体包括：环形散热器，具有分别对应于u相、v相和w相的三组第一功率器件的上臂电路，每一相的第一功率器件并联联接，以及具有分别对应于u相、v相和w相的三组第二功率器件的下臂电路，每一相的第二功率器件并联联接，其特征在于，所述第一功率器件被周向地设置在所述散热器的前表面上，所述第二功率器件被周向地设置在与所述散热器的前表面相反的后表面上，一个相的第一功率器件与同一相的第二功率器件串联联接。2.如权利要求1所述的功率模块封装体，其中，在所述散热器的内部设置至少一个冷却通道。3.如权利要求2所述的功率模块封装体，其中，所述冷却通道是环形的。4.如权利要求1至3中任一项所述的功率模块封装体，其中，所述散热器具有圆环形状或椭圆环形状。5.如权利要求4所述的功率模块封装体，其中，所述散热器被周向地划分为三个均等部分，每一部分与一个相相对应并且用于放置该相的第一功率器件和第二功率器件。6.一种逆变器，其特征在于，所述逆变器包括如权利要求1至5中任一项所述的功率模块封装体，所述逆变器进一步包括电容器以及电联接到所述电容器、所述上臂电路和所述下臂电路的pcb模块。7.如权利要求6所述的逆变器，其中，所述电容器被设置在由所述环形散热器的内壁限定的中空部分处。8.如权利要求6所述的逆变器，其中，所述pcb模块分别包括联接到所述上臂电路的上部pcb以及联接到所述下臂电路的下部pcb。9.如权利要求8所述的逆变器，其中，所述上部pcb和所述下部pcb两者均是环形的。10.如权利要求8所述的逆变器，其中，所述上部pcb被设置在所述上臂电路的上方，并且所述下部pcb被设置在所述下臂电路的下方。

技术总结
本实用新型公开了一种功率模块封装体，该功率模块封装体包括环形散热器，具有分别对应于U相、V相和W相的三组第一功率器件的上臂电路，以及具有分别对应于U相、V相和W相的三组第二功率器件的下臂电路，每一相的第一功率器件并联联接，每一相的第二功率器件并联联接，其中，第一功率器件被周向地设置在散热器的前表面上，第二功率器件被周向地设置在与散热器的前表面相反的后表面上，一个相的第一功率器件与同一相的第二功率器件串联联接。本实用新型还公开了包括所述功率模块封装体的逆变器。还公开了包括所述功率模块封装体的逆变器。还公开了包括所述功率模块封装体的逆变器。


技术研发人员：柳伟
受保护的技术使用者：采埃孚股份公司
技术研发日：2021.01.11
技术公布日：2021/11/21